1 北京交通大学光电子技术研究所，北京 100044
2 北京太阳能电力研究院有限公司，北京 101102
3 鲁东大学物理与光电工程学院，山东 烟台 264025
4 北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044
设计了两种具有不同参数的光刻掩模版，利用光刻技术制备了两种微米级双层复合结构。研究了曝光能量对凹形缺口深度的影响，同时采用有限差分时域法分析了掩模版曝光时的光场分布情况，阐明了微米级双层复合结构形成的物理机理。实验结果表明：通过调整曝光能量的大小，能够有效地控制凹形缺口的深度。对8 μm厚的AZ9260光刻胶来说，不高于160 mJ/cm2的曝光能量是制备出微米级双层复合结构的关键。该技术在制备微米尺寸的分层器件方面有着潜在的应用前景。
光学器件 微结构制造 光刻 微米级双层复合结构 有限差分时域法
1 福州大学物理与信息工程学院平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108
微型发光二极管（Micro-LED）显示芯片尺寸减小带来了侧壁效应，导致其正向光提取效率（LEE）降低，实现高光效Micro-LED的显示芯片结构仍有待深入研究。从仿真角度出发，基于有限差分时域法探索高光效GaN基Micro-LED的优化模型。首先，构建垂直侧壁GaN基Micro-LED初始叠层结构，定量分析侧壁效应对LEE的影响。然后，探索Micro-LED多量子阱有源层位置变化对出光效果的影响，分析不同侧壁倾角条件下的Micro-LED结构模型，讨论底部反射材料对LEE的影响，获得初步优化的GaN基Micro-LED模型参数。最后，通过设计顶部透射光栅进一步提升LEE，并探讨光栅周期、光栅高度和占空比对LEE的影响。结果表明，优化后的GaN基Micro-LED的整体LEE较初始结构提升了2.42倍。
光电子学 微发光二极管 光提取效率 有限差分时域法 光栅 分布式布拉格反射器 光学学报
2022, 42(15): 1525001
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，甘肃 兰州 730000
3 西安交通大学电子科学与工程学院，陕西 西安 710049
从提高表面增强拉曼光谱（SERS）基底的增强效果出发，设计了光栅/纳米颗粒复合结构，通过有限差分时域法（FDTD）对复合结构的消光特性和光场分布进行了仿真，并对光栅的传播表面等离子体（PSP）和纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）之间的耦合效应进行了讨论。在两种不同分布密度的金纳米颗粒阵列（间隙分别为2 nm和6 nm）的LSPR共振波长已知的前提下，基于LSPR和PSP之间的共振波长匹配原则，并令光栅衍射光PSP波矢和LSPR波矢在x轴方向上的分量一致，设计了两种周期的金光栅与相应的金纳米颗粒阵列分别匹配。光栅被入射平面波激发后产生的PSP又激发了纳米颗粒的LSPR，FDTD仿真表明，在633 nm激发下，光栅/颗粒复合基底上颗粒间隙处最大电场强度的平方比相应颗粒阵列提高一个数量级。同时，与平面波直接激发LSPR不同，通过PSP激发的LSPR复合结构中颗粒周围的电场强度在得到提升的同时，热点区域的分布更加广泛，从而可使得更多的被探测分子处于高增强区域中，这对于提高滴加于此基底上的被探测分子的整体SERS信号强度非常有利。
衍射 表面增强拉曼光谱基底 有限差分时域法 光栅 纳米颗粒 光学学报
2022, 42(14): 1405002
1 常州大学微电子与控制工程学院, 江苏 常州 213164
2 上海大学机电工程与自动化学院新型显示技术及应用集成教育部重点实验室, 上海 200072
由于有机发光二极管(OLED)中存在金属阴极和有机层界面,故部分光子会转化为表面等离子激元沿金属表面传播耗散掉。同时,金属阴极自身也会吸收部分光能量。这两种情况均会导致器件出光率降低。分析了在结构为Ag (100 nm)/MoO3 (5 nm)/NPB (35 nm)/EML (20 nm)/Alq3 (40 nm)/Al (20 nm)/MoO3 (50 nm)的器件内部引入银纳米颗粒(Ag NPs)或者金纳米颗粒(Au NPs)后器件出光效率的变化。同时,改变金属纳米颗粒的位置以观察其对出光效率的影响。利用有限差分时域法对无金属纳米颗粒的器件和金属纳米颗粒位于器件不同位置时的出光效率进行了模拟计算。结果显示,Ag NPs或者Au NPs都可以提高器件出光效率且Ag NPs优于Au NPs。在468 nm波长下,Ag NPs位于Al阴极表面、电子传输层(ETL)中间和Ag表面时器件的透光率分别是51.1%,50.5%和45.5%,而未掺杂Ag NPs的参考器件的透光率仅为43.3%。
材料 金属纳米颗粒 顶发射有机发光二极管 有限差分时域法 表面等离子激元
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究在复杂偏振条件下, 飞秒激光诱导非晶合金Zr44Ti11Cu10Ni10Be25(at%)表面周期性结构的形成机理.实验采用波长800 nm、脉宽120 fs的超短脉冲激光, 分别在线性、径向、环向偏振条件下,诱导非晶合金表面生成复杂的周期性表面结构.表面结构由周期为652～723 nm的低频条纹和周期为1 304～1 765 nm的微型条纹组成.通过有限差分时域法仿真分析, 发现微型条纹由粗糙表面引起的定向调制的表面散射电磁波与入射激光干涉形成.仿真结果与实验结果一致, 验证了微型条纹形成机理的有效性.
超快光学 飞秒激光 非晶合金 有限差分时域法 空间光调制器 Laser induced periodic surface structures Ultrafast laser processing Amorphous metal Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Spatial Light Modulator (SLM)
提出一种新型的光子晶体双波长THz滤波器，该滤波器由正方晶格光子晶体中3个点缺陷优化组合的谐振腔和线缺陷构成，可以实现双波长下载功能。利用FDTD(有限差分时域)法研究了两束光波在滤波器中的传输特性，仿真计算了对应的透射谱和时域响应图。仿真结果表明，该新型滤波器能够实现单信道双波长滤波功能，并且具有谐振腔品质因子Q值大、滤波带宽窄、损耗低、稳态响应时间快和体积小易于系统集成等优点。
光子晶体 太赫兹波 组合谐振腔 滤波器 有限差分时域法 photonic crystal THz wave combination resonator filter FDTD method
1 湖南科技大学 物理学院, 湖南 湘潭 411201
2 湖南电力试验研究院, 长沙 410007
提出了一种具有径向色散特性有限差分时域法（FDTD法）的电磁隐形斗篷建模.隐形斗篷的介电常数和磁导率是采用了drude色散模型以及相应的色散FDTD算法.数值模拟表明，在理想的条件下，隐形斗篷中的物体对外电磁场是隐形的.对于入射平面波和点声源，波前平滑地进入隐形斗篷，并绕过中心的物体区域，离开隐形斗篷后又恢复为原来的传播状态.远场散射图表明，与一个理想导体圆柱相比隐形斗篷可以减少沿各个方向的散射.
电磁隐形斗篷 各向异性材料 有限差分时域法 Electromagntic cloaks Anisotropic material Finite-difference time-domain method
